CN114374354A - 多电压平台的分布式电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机驱动技术，公开了多电压平台的分布式电驱动系统，其中包括多级控制系统和多个多电压联动驱动电机，还包括m个多电压输出端的储能单元，储能单元的输出端与逆变器连接，逆变器连接到相应的驱动电机；第一控制单元控制第二控制单元，第二控制单元控制储能单元输出端输出不同的电压；第一控制单元控制第三控制单元，第三控制单元控制逆变器驱动单电压或多电压的电机；由此所形成有冗余性的分布式电驱动系统。本发明通过控制在不同电压平台之间的切换来应对不同的工作模式，在满足系统高效率、高可靠、高安全的前提下，降低了实现成本，且驱动系统的冗余性好。

Description

多电压平台的分布式电驱动系统

技术领域

本发明涉及电机驱动技术，尤其涉及了多电压平台的分布式电驱动系统。

背景技术

分布式驱动系统使得电机驱动系统可以工作在不同的模式下。有些工作模式需要高功率，有些工作模式不需要高功率。比如电驱动垂直升降飞机在起飞和降落的时候需要高功率，在稳态飞行模式功率要求降低，而对能量的要求希望提高。

高功率模式常常和系统的性能相关，通常出现在起飞或降落（加速或超车），是短时运行。在大多数运行时间，系统的功率需求会比高功率模式大幅降低，反而希望在同等成本、空间、重量条件下，驱动系统能提供更多的能量支持更长的驱动里程，所以电驱动系统的低功率模式设计和交通工具的里程数密切相关。

不同功率的工作模式可以通过单一电压平台，也可以通过多电压平台来实现，目前的驱动技术都是单一电压平台的设计，这样的系统整体设计简单，易于实现，但相对来说，系统可靠性不高，效率和成本都无法达到最优。对于电驱动垂直升降飞机等对安全性，性能要求高的应用领域，随着分布式驱动系统设计的采用，多电压平台的方案变得更具优势。本发明通过多电压平台的分布式电驱动系统支持不同功率模式的新的驱动系统，对于多电压平台的分布式电驱动系统目前不见于文献。

现有单一电压平台驱动技术下，高电压驱动系统和低功率电压驱动系统相比，低电压系统的电流较高，为了减少损耗，只得使用较粗的电源线缆，从而对于整个的驱动系统来说，成本和重量都会增加。

而高电压驱动系统需要更多电池串联来提高电压平台，如果同时要求高压电池组提供足够能量以支持设计里程，会导致电池安全性的下降，增加电池系统的设计的难度的成本，同时电机驱动控制的开关损耗大，电机损耗中的纹波电流大。

而且高电压驱动一般都是为了要满足高功率模式的需求，但电池的概率特性和能量特性往往无法兼顾，即功率密度高的电芯需要并联更多来满足能量需求，单一电压平台的方案也会在电芯选择上引入更高的成本。

现有文献中的多电压的储能模块，以不同的电芯连接方式提供不同电压平台，是一种静态无控制架构，并不涉及不同电压平台在驱动过程中的动态切换，以及相应工作在不同电压平台下的多电机之间的动态切换，无法满足一个实用的多电压电驱动动力系统的技术要求。

例如现有技术中，专利申请号为：CN202011493940.0专利申请公开日：2021-04-20；专利名称为：一种基于多种电压值的车载储能模块及其电压切换方法。对于现有技术的电池通过串并联改变电压平台，主要用于同一平台电压，不是分布式驱动系统；也无法真正实现电压平台的在线切换。

发明内容

本发明针对现有技术中电驱动技术为基于单一电压平台的集中式驱动系统，提出了多电压平台的分布式电驱动系统，并解决了多电压平台电驱动系统切换时存在扰动和不稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

多电压平台的分布式电驱动系统，包括控制系统和驱动电机，其还包括m个多输出端的储能单元，其中m为不小于2的正整数；任一储能单元均包括至少n个储能模块，其中n为不小于2的正整数；每个储能模块包括至少2个储能子模块，储能子模块相互之间并联；每个储能单元输出n个不同的电压平台；驱动电机包括单电压或者多电压驱动电机；储能单元的输出端连接有逆变器连接，逆变器与逆变器对应的驱动电机连接，并通过逆变器驱动驱动电机；控制系统包括第一控制单元，第二控制单元和第三控制单元，第一控制单元控制第二控制单元，第二控制单元控制储能单元输出端输出不同的电压；第一控制单元控制第三控制单元，第三控制单元控制逆变器驱动单电压或多电压的电机；从而形成有冗余性的分布式电驱动系统。

其中，第一控制单元为分布式电驱动系统控制单元，第二控制单元为储能模块的控制单元，第三控制单元为驱动电机的控制单元。

作为优选，储能模块的输出端连接有第一开关单元，第一开关单元的另一端连接输出端；任两组储能模块间一端连接有第二开关单元，通过第二控制单元控制第一开关单元和第二开关单元，从而形成n个电压输出端的储能单元。

作为优选，任两组储能模块间连接有DC/DC变压单元，DC/DC变压单元与储能模块并联，通过第二控制单元控制DC/DC变压单元。

作为优选，驱动电机连接有驱动轴，每个驱动轴通过至少1台驱动电机驱动，且驱动电机提供驱动轴所需的转矩，每台驱动电机由至少2个不同的储能单元供电，即每个逆变器连接到至少2个不同的储能单元，任一储能单元可至少向2台不同轴的驱动电机供电，第一控制单元给第三控制单元指令，第三控制单元控制逆变器使得相应驱动电机提供驱动轴所需的转矩。

作为优选，驱动电机包括但不限于双定子双转子电机，双定子双转子电机包括外电机和内电机。

作为优选，第一开关单元和第二开关单元包括但不限于机械开关单元、功率电子开关单元。

作为优选，储能模块为不同特性、不同材料的电池组成；储能模块包括但不限于锂电储能模块。针对系统在运行中各种不同的工作要求，单个储能模块选择符合某一工作要求的配置，如选用高功率电池作为高压储能模块，高能量电池作为低压储能模块。

作为优选，储能单元的高电压输出端与驱动电机的外电机连接，储能单元的低电压输出端与驱动电机的内电机连接。

作为优选，驱动电机包括至少一台，驱动电机的连接耦合方式包括但不限于独立的单定子单转子电机之间电气连接耦合或驱动电机集成在一个结构内的双转子双定子电机的电气和机械耦合。

作为优选，储能模块间的另一端连接有第三开关单元，第三开关单元包括但不限于机械开关单元、功率电子开关单元。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明提出多电压平台的分布式电驱动系统的冗余设计和控制，通过控制在不同电压平台之间的切换来应对不同的工作模式，满足系统高效率、高可靠、高安全的前提下，维持或降低实现成本。

本发明高电压平台对应大功率模式低电压平台对应低功率模式供电。这样功率要求高的工况使用高电压驱动，所要求的电池电流就降低了，相应地电池电机连接线缆可以使用较细的电缆线，电缆线的造价、尺寸和重量都可以降低。而功率要求低的工况使用低电压驱动，逆变器的开关损耗和电机中的纹波电流损耗被降低，电驱动系统的效率可以进一步提高，高的效率可以让交通工具的里程数提高。

本发明通过不同平台的电压对应不同的工作模式。驱动系统可获得不同电压平台带来的好处。高电压电源可以给大功率模式供电。低电压电源可以给低功率模式供电。因为高电压被用于大功率模式，所要求的电池电流就降低了，这样多个电压平台可以共用一根细连接线缆可以，线缆导致的成本、尺寸和重量都可以维持在最低的要求，而同时保证高效率和低损耗。

低电压电源给低功率模式供电，电驱控制器的开关损耗和电机损耗中的纹波电流损耗被降低，驱动系统的效率可以被提高。高的效率可以让交通工具在同样能量消耗下的电驱动里程数提高。通过形成有冗余性的多储能模块和电驱动系统的连接。进一步提高了整个驱动系统的冗余性，提高了整个系统的高效运行。

附图说明

图1是本发明的包含n个输出端的单个储能单元的电路结构图；

图2是本发明的单个储能模块内部储能子模块连接的电路结构图；

图3是本发明的包含n个输出端，并带DC/DC变压控制单元的单个储能单元电路结构图；

图4是本发明的单个储能单元的多电压电机驱动系统电路结构示意图；

图5是本发明的分布式双转子双定子电机驱动电路结构示意图；

图6是本发明的分布式独立的单定子单转子电机之间电机驱动系统电路结构示意图；

图7是本发明的实施例2中包含n个输出端一种储能单元电路结构图；

图8是本发明的实施例2中包含n个输出端另一种储能单元电路结构图；

图9是本发明实施例15的控制流程图，其中：C1为第一控制单元，C2为第二控制单元，C3为第三控制单元。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

多电压平台的分布式电驱动系统，包括多级控制系统和多个多电压联动驱动电机，其还包括m个多输出端的储能单元，其中m为不小于2的正整数，其中任一储能单元均包括至少n个储能模块，其中n为不小于2的正整数，每个储能模块包括至少2个储能子模块，储能子模块相互之间并联；储能模块形成n个输出端的电压；驱动电机包括单电压或者多电压驱动电机，驱动电机连接有逆变器，并通过逆变器驱动驱动电机；控制系统包括多个第一控制单元，多个第二控制单元和多个第三控制单元，第一控制单元为分布式电驱动系统控制单元，第二控制单元为储能模块的控制单元，第三控制单元为驱动电机的控制单元；储能单元的输出端与逆变器连接，逆变器连接到相应的驱动电机；第一控制单元控制第二控制单元，第二控制单元控制储能单元输出端输出不同的电压；第一控制单元控制第三控制单元，第三控制单元控制逆变器驱动单电压或多电压的电机；由此所形成有冗余性的分布式电驱动系统。

依据附图1所示，储能模块为U1、U2……Un；第一开关单元S1、S2……Sn；第二开关单元为D1、D2……Dn-1；第三开关单元为K1、K2……Kn；其中U1的输出端与S1连接形成带有开关单元的第一储能模块，U2的输出端与S2连接形成带有开关单元的第二储能模块，同理，Un的输出端与Sn连接形成带有开关单元的第n储能模块；且在第一储能模块与第二储能模块的输出端与第二开关单元D1连接；输入端与第三开关单元的K1连接；第二开关单元输出端输出的电压分别为V1、V2……Vn。

实施例2

在实施例1基础上，与实施例1所不同的是，如图7，其储能模块为U1、U2……Un1；第一开关单元S1、S2……Sn1；第二开关单元D1、D2……Dn-1；第三开关单元K1、K2……K n1；输出端输出的电压分别为V1、V2……Vn，其中n1为正整数，且n1>=n。

在图8中，其储能模块为U1、U2……Un1；第一开关单元S1、S2……Sn1；第二开关单元D1、D2……Dn-1；第三开关单元K1、K2……Kn1；第五开关单元E1、E2……En1；通过第五开关单元将储能模块进行串联连接，输出端输出的电压分别为V1、V2……Vn，n1为正整数，且n1大于等于n。

通过上述不同的连接方式，储能模块与第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元、第五开关单元；其储能模块相互之间可以串联也可并联，通过第二控制单元对开关单元开闭的控制形成网状的电压供电平台。

实施例3

在上述实施例基础上，如图2所示本实施例的储能子模块包括P1、P2……Pk；储能子模块的输出端连接有第四开关单元，第四开关单元为T1、T2……Tk；P1的储能子模块输出端与T1连接形成第一储能子模块，P2的储能子模块输出端与T2连接形成第二储能子模块，同理，Pk的储能子模块输出端与Tk连接形成第k储能子模块，其中k为正整数；且第一储能子模块、第二储能子模块及第k储能子模块相互之间并联；通过k个储能子模块其构成一储能模块，其储能模块的输出电压为U；在该实施例中第四储能单元可为机械开关单元或者功率电子开关单元。

实施例4

在上述实施例基础上，本实施的储能模块为U1、U2……Un；第一开关单元S1、S2……Sn；第二开关单元为D1、D2……Dn-1；第三开关单元K1、K2……Kn；输出端输出的电压分别为V1、V2……Vn；且在储能模块之间连接有DC/DC变压单元，在附图3中DC/DC变压单元与相邻的储能模块并联。DC/DC单元可与任意两储能模块并联，并不局限于相邻的储能模块之间并联。

在多电压平台的分布式电驱动系统的不同储能模块之间连接有DC/DC变压单元；通过储能模块之间连接有DC/DC变压单元能够调节不同储能模块之间的能量平衡。

实施例5

在上述实施例基础上，本实施例的第一开关单元为机械开关单元。

实施例6

在上述实施例基础上，与实施例5所不同的是第一开关单元为功率电子开关单元。

实施例7

在上述实施例基础上，与上述实施例所不同的是多电压平台的分布式电驱动系统输出的电压为n个，每一个输出电压分别为V1、V2、……Vn；相邻的两个储能模块之间连接有第二开关单元，正极端的第二开关单元分别为D1、D2、……Dn-1；负极端的第三开关单元分别为K1、K2、……Kn。负极端的第三开关单元不是必须的，如果电池的负极端是连在一起的，则第三开关单元K1、K2、……Kn可省略。

实施例8

本上述实施例基础上，本实施例包括驱动电机，至少1组储能模块；储能模块的输出端连接有逆变器，逆变器与驱动电机连接。通过冗余设计的储能模块和电驱动系统之间的连接控制，能够提高驱动系统的整体可靠性和安全性，其中一个储能模块出现故障，不影响其电机的驱动。

实施例9

在上述实施例基础上，本实施例的驱动电机为单定子单转子的驱动电机。一个电压输出端连接有多个单定子单转子的驱动电机。驱动电机大于1台时，驱动电机的连接方式包括几台独立驱动电机电气连接耦合。在附图4中，储能单元的输出端连接有3台驱动电机，分别为驱动电机M1、驱动电机M2和驱动电机M3，电压输出端连接有三个逆变器，三个逆变器分别为逆变器1、逆变器2和逆变器3，逆变器1与驱动电机M1连接，逆变器2与驱动电机M2连接，逆变器3与驱动电机M3连接。

实施例10

在上述实施例基础上，与实施例7所不同的是本实施例的驱动电机的连接方式为集成在一个结构内的电气和机械耦合，如双转子双定子电机。

实施例11

在上述实施例基础上，本实施例多电压平台的分布式电驱动系统所提供的是多输出端的，每一个输出端连接有一个逆变器，驱动电机为双转子双定子电机。对双转子双定子系统，高电压端连接双转子双定子的外电机，低电压段连接双转子双定子的内电机，内电机总是连在低电压，没有电压切换，外电机可以在高电压和低电压之间切换。

实施例12

在上述实施例基础上，驱动电机连接有驱动轴，一个驱动轴与至少2个驱动电机连接，一个驱动轴有至少两个独立的驱动电机。通过该连接结构有利于驱动系统的冗余性。即使一个驱动电机故障，另外一个驱动电机还可以正常工作。驱动轴的输出不会受影响。电机和驱动轴的连接可以增加离合器实施连接断开控制。

在实施例10基础上，在附图5中，储能模块U1和第一开关单元S1形成第一储能模块，储能模块U2和第一开关单元S2形成第二储能模块，第一储能模块与第二储能模块并联形成第一储能单元；第一储能单元其中一输出端连接有逆变器3和逆变器5；另一输出端连接有逆变器4和逆变器6，且逆变器3和逆变器4与驱动电机M2连接；逆变器5和逆变器6与驱动电机M3连接；同时图中示出还有逆变器1和逆变器2，逆变器1和逆变器2与驱动电机M1连接，驱动电机M1与驱动电机M2驱动驱动轴1；同理对于另一组的储能模块U1和第一开关单元S1形成第一储能模块，储能模块U2和第一开关单元S2形成第二储能模块，第一储能模块与第二储能模块并联形成第二储能单元；第二储能单元其中一输出端连接有逆变器7和另一逆变器，图中未示出；另一输出端连接有逆变器8和另一图中未示出的逆变器逆变器7和逆变器8与驱动电机M4连接，驱动电机M3与驱动电机M4驱动驱动轴2。

以上连接，同一储能单元给不同轴的驱动电机供电，同一驱动轴上的驱动电机由不同的储能单元供电。一个驱动电机又由两个独立的电机组成，这两个电机连接到储能单元的不同储能模块。这种结构形成了有冗余性的多储能模块和多驱动电机系统，进一步提高了整个驱动系统的冗余性，保证了电驱动系统的高效运行。

本实施例仅以含有两个储能模块的储能单元和两个驱动电机的驱动轴系统为例说明，含有多的储能模块的储能单元和多个驱动电机的驱动轴系统可以以此类推。

实施例14

在上述实施例基础上，本实施例设有多个储能模块和多个独立的驱动电机，至少2个驱动电机耦合到同一个驱动轴，图6中，驱动电机M1和驱动电机M2耦合至驱动轴1；驱动电机M3和驱动电机M4耦合至驱动轴2；每个储能单元至少给2个驱动电机供电。同一个驱动轴上的电机驱动系统由不同的储能单元供电。图6中，第一储能单元给驱动电机M2和驱动电机M3供电，驱动电机M2和驱动电机M3隶属于不同的驱动轴，对同一个驱动轴上的驱动电机M3和驱动电机M4，由第一储能单元和第二储能单元分别供电，驱动电机M3由第一储能单元供电，驱动电机M4由第二储能单元供电。该连接结构有利于驱动系统的冗余性。即使一个储能模块或电机有问题，另外一个储能模块还给驱动轴上的另外一个驱动电机供电，从而驱动轴正常工作。

本实施例仅以含有两个储能模块的储能单元和两个驱动电机的驱动轴系统为例说明，含有多的储能模块的储能单元和多个驱动电机的驱动轴系统可以以此类推。

实施例15

在上述实施例基础上，本实施例提供的是关于多电压平台的分布式电驱动系统在不同电压平台间切换的控制方法一。针对控制方法为：以电驱动系统工作在高电压模式下作为此时状态为例，此时第一储能单元（以下简称电池1）和第二储能单元（以下简称电池2）的开关S1闭合，高电压连到驱动电机M3和驱动电机M4，如果电驱动系统第一控制单元（系统控制器）接到外部控制器的信息，要求电驱动系统切换到低功率模式（比如eVTOL由起飞模式切换到巡航飞行模式），第一控制单元计算切换过程中各个驱动电机的转矩（或功率）变化轨迹，然后发命令至各个第三控制单元（电机控制器）。驱动电机M3对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M3转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐升高，同时驱动电机M4对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M4转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐下降直到驱动电机M3可以全部提供驱动轴2所需的转矩（或功率），驱动电机M4转矩（或功率）为零。这时，驱动电机M4的逆变器被其第三控制单元关闭（所有的控制开关被打开）因此驱动电机M4从电池2断开，第三控制单元通知第一控制单元驱动电机M4已从电池2断开。然后，第一控制单元命令电池2内的U1电池模块的第二控制单元将开关S1打开。

驱动电机M4的第三控制单元控制M4逆变器的电容开始放电，逆变器的直流端电压开始下降，当这个电压和低电压接近并且小于低电压平台时，驱动电机M4的第三控制单元通知第一控制单元，第一控制单元命令电池2内的U2 电池模块的第二控制单元将开关S2关闭，第二控制单元通过预充电电路给电容充电。当电容电压等于U2电池模块的输出电压时，第二控制单元断开预充电电路，驱动电机M4被连到电池2低电压输出上。

第一控制单元计算过程中各个驱动电机的转矩（或功率）变化轨迹，然后发命令至各个第三控制单元，驱动电机M4对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M4输出的转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令开始上升，同时驱动电机M3对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M3 输出的转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令开始下降，直到驱动电机M4全部提供驱动轴2所需的转矩（或功率），驱动电机M3转矩（或功率）为零。这时，驱动电机M3的逆变器被其第三控制单元关闭（所有的控制开关被打开）因此驱动电机M3从电池1断开，第三控制单元通知第一控制单元驱动电机M3已从电池1断开。然后，第一控制单元命令电池1内的U1电池模块的第二控制单元将开关S1打开。

驱动电机M3的第三控制单元控制M3逆变器的电容开始放电，逆变器的直流端电压开始下降，当这个电压和低电压接近并且小于低电压平台时，驱动电机M3的第三控制单元通知第一控制单元，第一控制单元命令电池1内的U2 电池模块的第二控制单元将开关S2关闭，第二控制单元通过预充电电路给电容充电。当电容电压等于U2电池模块的输出电压时，第二控制单元断开预充电电路，驱动电机M3被连到电池1低电压输出上。此时，在不同电压平台间的动态切换结束，电驱动系统进入稳态低压运行模式（如eVTOL进入巡航飞行模式），驱动电机M3和驱动电机M4同时在低压平台上提供驱动轴2所需转矩（或功率）。

在稳态运行模式下，驱动电机M4和驱动电机M3的角色可以转换，互相补充，第一控制单元根据系统效率、电机温度、电池平衡等对电驱动系统的功率分配优化，并向各个第三控制单元发出指令做出实时调整。

在动态切换过程中，第一控制单元保证驱动轴2上的总转矩（或总功率），即M3和M4的转矩（或功率）之和，始终和外部控制器所要求的转矩（或功率）保持一致。这样，在切换过程中，交通工具不会有转矩的波动，而系统则可以在多种工作模式间动态切换。

在切换过程的始终有一台驱动电机连接在高电压平台上，这样可以保证即使在切换过程中出现故障，第一控制单元将指挥第三控制单元将连接在高电压平台上的驱动电机随时提供大的转矩（或功率），以满足紧急情况下的转矩（或功率）要求。

当电驱动系统第一控制单元（系统控制器）接到外部控制器的信息，要求电驱动系统从低功率模式切换到高功率模式（比如eVTOL由巡航飞行模式切换到降落模式），第一控制单元指挥第二控制单元和第三控制单元将电驱动系统从低电压平台转换到高电压平台，第一控制单元计算切换过程中各个驱动电机的转矩（或功率）变化轨迹，然后发命令至各个第三控制单元，驱动电机M3对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M3转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐升高，同时驱动电机M4对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M4转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐下降直到驱动电机M3可以全部提供驱动轴2所需的转矩（或功率），驱动电机M4转矩（或功率）为零。这时，驱动电机M4的逆变器被其第三控制单元关闭（所有的控制开关被打开）因此驱动电机M4从电池2断开，第三控制单元通知第一控制单元驱动电机M4已从电池2断开。然后，第一控制单元命令电池2内的U2电池模块的第二控制单元将开关S2打开。

因为是从低压平台切换到高压平台，此时驱动电机M4的逆变器的输入电容电压小于储能单元2的高压储能模块电压，因此第一控制单元命令电池2内的U1储能模块的第二控制单元将开关S1关闭，第二控制单元通过预充电电路给电容充电。当电容电压等于U1储能模块的输出电压时，第二控制单元断开预充电电路，驱动电机M4被连到电池2高电压输出上。

第一控制单元计算过程中各个驱动电机的转矩（或功率）变化轨迹，然后发命令至各个第三控制单元，驱动电机M4对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M4输出的转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令开始上升，同时驱动电机M3对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M3 输出的转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令开始下降，直到驱动电机M4全部提供驱动轴2所需的转矩（或功率），驱动电机M3转矩（或功率）为零。这时，驱动电机M3的逆变器被其第三控制单元关闭（所有的控制开关被打开）因此驱动电机M3从电池1断开，第三控制单元通知第一控制单元驱动电机M3已从电池1断开。然后，第一控制单元命令电池1内的U2电池模块的第二控制单元将开关S2打开。

第一控制单元命令电池1内的U1 储能模块的第二控制单元将开关S1关闭，第二控制单元通过预充电电路给电容充电。当电容电压等于U1储能模块的输出电压时，第二控制单元断开预充电电路，驱动电机M3被连到电池1高电压输出上。此时，从低电压平台向高电压平台的切换结束，电驱动系统进入高压运行模式（如eVTOL进入降落模式），驱动电机M3和驱动电机M4同时在高压平台上，由第一控制单元确定在M3和M4之间的转矩分配，共同提供驱动轴2所需转矩（或功率）。

本实施例仅以含有两个储能模块的储能单元和两个驱动电机的驱动轴系统为例说明，含有多的储能模块的储能单元和多个驱动电机的驱动轴系统可以以此类推。

实施例16

在上述实施例基础上，本实施例提供的是关于多电压平台的分布式电驱动系统在不同电压平台间切换的控制方法二。针对控制方法为：以电驱动系统工作在高电压模式下作为此时状态为例，此时第一储能单元（以下简称电池1）和第二储能单元（以下简称电池2）的开关S1闭合，高电压连到驱动电机M3和驱动电机M4，如果电驱动系统第一控制单元（系统控制器）接到外部控制器的信息，要求电驱动系统切换到低功率模式（比如eVTOL由起飞模式切换到巡航飞行模式），第一控制单元计算切换过程中各个驱动电机的转矩（或功率）变化轨迹，然后发命令至各个第三控制单元（电机控制器）。驱动电机M3对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M3转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐升高，同时驱动电机M4对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M4转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐下降直到驱动电机M3可以全部提供驱动轴2所需的转矩（或功率），驱动电机M4转矩（或功率）为零。这时，驱动电机M4的逆变器被其第三控制单元关闭（所有的控制开关被打开）因此驱动电机M4从电池2断开，第三控制单元通知第一控制单元驱动电机M4已从电池2断开。然后，第一控制单元命令电池2内的U1电池模块的第二控制单元将开关S1打开。

驱动电机M4的第三控制单元控制M4逆变器的电容开始放电，逆变器的直流端电压开始下降，当这个电压和低电压接近并且小于低电压平台时，驱动电机M4的第三控制单元通知第一控制单元，第一控制单元命令电池2内的U2 电池模块的第二控制单元将开关S2关闭，第二控制单元通过预充电电路给电容充电。当电容电压等于U2电池模块的输出电压时，第二控制单元断开预充电电路，驱动电机M4被连到电池2低电压输出上。

驱动电机M4提供驱动轴2所需转矩（或功率）。驱动电机3停止运行并仍然连接在电池1的高电压输出上。这样可以保证驱动轴上有至少一台驱动电机始终连接在高电压平台上，可以随时提供大的转矩或功率。在此后的低功率模式下，第一控制单元根据系统的效率、电机温度、储能单元的能量平衡等信息，可多次切换驱动电机M4和驱动电机M3的电压平台，调整M3和M4的负荷。

当电驱动系统第一控制单元（系统控制器）接到外部控制器的信息，要求电驱动系统从低功率模式切换到高功率模式（比如eVTOL由巡航飞行模式切换到降落模式），此时以驱动电机M3连接在高电压平台，M4工作在低电压平台这一状态为例，第一控制单元指挥第二控制单元和第三控制单元将电驱动系统从低电压平台转换到高电压平台，第一控制单元计算切换过程中各个驱动电机的转矩（或功率）变化轨迹，然后发命令至各个第三控制单元，驱动电机M3对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M3转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐升高，同时驱动电机M4对应的第三控制单元控制相应逆变器使得M4转矩（或功率）遵循第一控制单元的命令逐渐下降直到驱动电机M3可以全部提供驱动轴2所需的转矩（或功率），驱动电机M4转矩（或功率）为零。这时，驱动电机M4的逆变器被其第三控制单元关闭（所有的控制开关被打开）因此驱动电机M4从电池2断开，第三控制单元通知第一控制单元驱动电机M4已从电池2断开。然后，第一控制单元命令电池2内的U2电池模块的第二控制单元将开关S2打开。

因为从低压平台切换到高压平台，此时驱动电机M4的逆变器的输入电容电压小于储能单元2的高压储能模块电压，因此第一控制单元命令电池2内的U1 储能模块的第二控制单元将开关S1关闭，第二控制单元通过预充电电路给电容充电。当电容电压等于U1储能模块的输出电压时，第二控制单元断开预充电电路，驱动电机M4被连到电池2高电压输出上。

此时，从低电压平台向高电压平台的切换结束，电驱动系统进入高压运行模式（如eVTOL进入降落模式），驱动电机M3和驱动电机M4同时在高压平台上，由第一控制单元确定在M3和M4之间的转矩分配，共同提供驱动轴2所需转矩（或功率）。

本实施例仅以含有两个储能模块的储能单元和两个驱动电机的驱动轴系统为例说明，含有多的储能模块的储能单元和多个驱动电机的驱动轴系统可以以此类推。

Claims (10)

1.多电压平台的分布式电驱动系统，包括控制系统和驱动电机，其特征在于，还包括m个多输出端的储能单元，其中m为不小于2的正整数；任一储能单元均包括至少n个储能模块，其中n为不小于2的正整数；每个储能模块包括至少2个储能子模块，储能子模块相互之间并联；每个储能单元输出n个不同的电压平台；驱动电机包括单电压或者多电压驱动电机；储能单元的输出端连接有逆变器连接，逆变器与逆变器对应的驱动电机连接，并通过逆变器驱动驱动电机；控制系统包括第一控制单元，第二控制单元和第三控制单元，第一控制单元控制第二控制单元，第二控制单元控制储能单元输出端输出不同的电压；第一控制单元控制第三控制单元，第三控制单元控制逆变器驱动单电压或多电压的电机；从而形成有冗余性的分布式电驱动系统。

2.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，储能模块的输出端连接有第一开关单元，第一开关单元的另一端连接输出端；任两组储能模块间一端连接有第二开关单元，通过第二控制单元控制第一开关单元和第二开关单元，从而形成n个电压输出端的储能单元。

3.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，任两组储能模块间连接有DC/DC变压单元，DC/DC变压单元与储能模块并联，通过第二控制单元控制DC/DC变压单元。

4.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，驱动电机连接有驱动轴，每个驱动轴通过至少1台驱动电机驱动，且驱动电机提供驱动轴所需的转矩，每台驱动电机由至少2个不同的储能单元供电，即每个逆变器连接到至少2个不同的储能单元，任一储能单元可至少向2台不同轴的驱动电机供电，第一控制单元给第三控制单元指令，第三控制单元控制逆变器使得相应驱动电机提供驱动轴所需的转矩。

5.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，驱动电机包括但不限于双定子双转子电机，双定子双转子电机包括外电机和内电机。

6.根据权利要求2所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，第一开关单元和第二开关单元包括但不限于机械开关单元、功率电子开关单元。

7.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，储能模块为不同特性、不同材料的电池组成；储能模块包括但不限于锂电储能模块。

8.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，储能单元的高电压输出端与驱动电机的外电机连接，储能单元的低电压输出端与驱动电机的内电机连接。

9.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，驱动电机包括至少一台，驱动电机的连接耦合方式包括但不限于独立的单定子单转子电机之间电气连接耦合或驱动电机集成在一个结构内的双转子双定子电机的电气和机械耦合。

10.根据权利要求1所述的多电压平台的分布式电驱动系统，其特征在于，储能模块间的另一端连接有第三开关单元，第三开关单元包括但不限于机械开关单元、功率电子开关单元。

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